Editando Formas 3D en Movimiento: Un Nuevo Enfoque

Editar formas 3D a lo largo del tiempo puede ser complicado, sobre todo cuando las formas cambian sus conexiones al moverse. La mayoría de las herramientas de edición simples funcionan mejor con formas que se mantienen iguales durante su movimiento. Sin embargo, cuando una forma cambia sus conexiones, como cuando una persona mueve los brazos o las piernas, entender cómo mantener todo en sincronía se convierte en un reto.

En este artículo, presentamos una nueva forma de editar estas formas en movimiento, conocida como secuencias de malla de triángulos, incluso cuando sus conexiones varían con el tiempo. Nuestro método utiliza una técnica llamada correspondencia temporal escasa, que ayuda a rastrear los cambios entre los diferentes fotogramas de la secuencia de formas.

#¿Qué son las Secuencias de Malla de Triángulos?

Las secuencias de malla de triángulos son una forma popular de representar formas 3D que cambian con el tiempo. Cada forma está compuesta por mallas triangulares: colecciones de triángulos que definen la superficie de la forma. Cada fotograma en una secuencia es como una instantánea de la forma en un momento diferente, y cada fotograma puede tener un número diferente de triángulos y conexiones.

Esto es diferente de las mallas dinámicas, donde la forma se mantiene igual a lo largo de la secuencia. En las mallas dinámicas, puedes ver fácilmente cómo se mueven los puntos (o vértices) de la forma con el tiempo. Con las secuencias de malla de triángulos, el desafío es que la correspondencia entre los puntos en un fotograma y el siguiente no es clara. Esto hace que sea más difícil aplicar cambios como editar o comprimir la forma.

#El Reto de Editar

Cuando queremos editar estas formas, como hacer un pequeño cambio en la expresión o la postura de un personaje, enfrentamos varios desafíos. Por ejemplo, si un usuario quiere ajustar una parte de la forma, este cambio debería afectar naturalmente las partes circundantes, manteniendo un aspecto cohesivo en la secuencia.

En mallas dinámicas, entender qué puntos coinciden entre fotogramas es sencillo. Pero con las secuencias de malla de triángulos, esta coincidencia no es obvia, y partes de la forma pueden no ser visibles en todos los fotogramas. Algunas áreas pueden estar ocultas debido a cómo se mueve la forma, creando un desafío de edición complejo.

#Nuestra Solución Propuesta

Para abordar este problema, proponemos un nuevo método que utiliza el seguimiento de volumen para crear una correspondencia entre partes de la forma a través de diferentes fotogramas. Nuestro proceso de edición sigue tres pasos principales:

1. Editar un Fotograma: El usuario hace cambios en un fotograma específico seleccionando puntos para mover o cambiar.
2. Propagación: Los cambios realizados en ese fotograma se extienden a otros fotogramas en la secuencia, permitiendo que reflejen el cambio.
3. Deformación de Superficie: Finalmente, la forma en todos los fotogramas se actualiza, manteniendo un aspecto natural en toda la secuencia.

#El Marco de Edición

Nuestro enfoque se centra en permitir que los usuarios hagan cambios en una parte seleccionada de la forma y garantizando que estos cambios fluyan de manera consistente a través de los fotogramas circundantes. Por ejemplo, si un usuario mueve una esquina de la boca de un personaje hacia arriba para crear una sonrisa, el cambio también debería hacer que las caras de los fotogramas cercanos muestren una sonrisa similar.

Para lograr esto, utilizamos un conjunto de elementos de volumen discretos (piensa en ellos como bloques de construcción) que cubren la forma. El usuario edita algunos de estos bloques de construcción, y luego calculamos cómo estos cambios afectan a los demás.

#Usando Afinidad en la Edición

Uno de los aspectos clave de nuestro método de edición es usar la "afinidad" entre los bloques de construcción. La afinidad es una medida de cuán conectadas están dos partes en función de sus posiciones a lo largo del tiempo. Si dos bloques se mueven juntos con frecuencia, compartirán una afinidad más alta. Esto nos ayuda a decidir cuánta influencia debería tener el cambio de un bloque sobre otro.

La afinidad se calcula en función de cuán separados han estado los bloques durante su movimiento. Si permanecen cerca uno del otro, se influencian más fuerte.

#Operaciones de Edición Soportadas

Nuestro método de edición soporta varios tipos de operaciones para modificar la forma:

• Transformaciones Rígidas: Los usuarios pueden mover o rotar bloques sin cambiar su forma.
• Inflación y Deflación: Los usuarios pueden expandir o contraer partes de la forma, similar a inflar o desinflar un globo.
• Cierre de Bucles: Esto permite conectar el inicio y el final de una secuencia sin problemas, creando una transición suave entre los dos.

#Cómo Funciona la Edición

Cuando un usuario hace cambios, el proceso para actualizar el resto de la malla sigue nuestros tres pasos.

1. Centros de Edición: En el fotograma elegido, el usuario selecciona qué puntos cambiar. Nuestro sistema responde distribuyendo los cambios a los otros puntos en el mismo fotograma, asegurando que respeten la forma general.

2. Propagación de Ediciones: A continuación, movemos los cambios a través de los fotogramas. Determinamos cómo debería cambiar cada punto en función de su relación con los puntos editados, utilizando el algoritmo de Kabsch para encontrar la mejor manera de rotar y mover los puntos.

3. Deformando la Superficie: Finalmente, actualizamos la superficie real de la malla. Cada triángulo se modifica según las nuevas posiciones de sus vértices, asegurando que la deformación de la superficie refleje los cambios hechos por el usuario.

#Importancia del Seguimiento de Volumen

Una parte clave de nuestro método es usar el seguimiento de volumen para entender cómo se mueve la forma. Este método innovador nos permite comprender cómo cambia la malla, incluso cuando partes están ocultas o no son visibles debido al contacto propio de la forma.

Al rastrear los elementos de volumen en lugar de solo la superficie, podemos gestionar transformaciones más grandes y asegurar una mejor continuidad a lo largo de la secuencia.

#Problemas con Métodos Existentes

Típicamente, al editar formas en movimiento, otros métodos luchan porque dependen de la correspondencia de puntos en la superficie. A menudo, no abordan problemas como el contacto propio, donde partes de la malla podrían tocarse o superponerse, lo que lleva a complicaciones en la edición.

Al centrarnos en el seguimiento de volumen y utilizar afinidades entre centros rastreados, nuestro método evita muchos de los errores de las técnicas existentes. Esto lo hace adecuado para tareas de edición más complejas donde los cambios deben fluir a través de una serie de fotogramas.

#Beneficios de Nuestro Marco

Nuestro enfoque novedoso ofrece varios beneficios:

• Consistencia Temporal: Los cambios realizados en un fotograma lucen naturales en todos los fotogramas adyacentes.
• Control del Usuario: Los usuarios pueden manipular formas utilizando métodos simples e intuitivos sin necesidad de entender algoritmos subyacentes complejos.
• Adaptabilidad: El marco puede adaptarse a varias tareas de edición, ya sea un personaje en una animación o una forma en un juego.

#Conclusión

Nuestro marco de edición para secuencias de malla de triángulos proporciona una forma más intuitiva y efectiva de realizar cambios en formas 3D a lo largo del tiempo. Al centrarnos en el seguimiento de volumen y usar afinidades, hemos creado un método que permite a los usuarios editar formas de manera natural, con resultados mantenidos de manera consistente a lo largo de toda la secuencia.

Este trabajo abre nuevas posibilidades para animadores y desarrolladores para crear contenido más dinámico y atractivo. Las mejoras futuras pueden incluir el refinamiento del seguimiento de volumen para una mejor precisión y explorar formas de permitir detalles más finos en la edición, asegurando que nuestro método pueda manejar una gama más amplia de escenarios de edición.

Nuestro objetivo es proporcionar herramientas que hagan que la edición de formas 3D sea más accesible y efectiva, permitiendo a los creadores centrarse en su visión artística sin ser obstaculizados por limitaciones técnicas.